Железо — это химический элемент с атомным номером 26 и символом Fe. Оно является одним из основных строительных блоков нашей планеты и широко используется в различных отраслях промышленности. Железо относится к группе VIIIБ периодической системы элементов, которая известна как группа железа.

Железо представляет собой металл, что указывает на его химические и физические характеристики. В природе оно встречается в виде железняка, который является смесью различных соединений железа со сплавами и примесями. Однако, железо также может быть получено в чистом виде через процессы его экстракции и переработки. Кристаллическая структура железа зависит от условий его образования и модификаций. Всего существуют четыре известных кристаллических модификации железа: адаптивная, аустенит, феррит и цементит.

Кристаллические решетки железа определяют его физические и химические свойства. Железо имеет бело-серый цвет и является магнитным металлом при комнатной температуре. Однако, при нагревании до точки Кюри (770 °C) оно теряет свои магнитные свойства и становится парамагнитным. Кроме того, железо обладает высокой плотностью (7,87 г/см³), тугоплавкостью (1538 °C), хорошей проводимостью электрического тока и теплоты. Эти свойства делают железо ценным материалом в различных отраслях промышленности.

Железо играет главную роль в создании различных сплавов, которые широко используются в промышленности. Например, сталь — это сплав железа и углерода, который обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Другие важные сплавы, содержащие железо, включают нержавеющую сталь, чугун и бронзу. Таким образом, железо является не только одним из основных элементов в природе, но и основой многих промышленных материалов и изделий.

Какой группе принадлежит железо? Железо — чистое вещество или смесь?

Железо имеет кристаллическую решетку с физическими и химическими свойствами, характерными для металлов. Оно имеет адаптивную структуру и может принимать различные аллотропные модификации в зависимости от условий нахождения. Основные типы решеток в кристаллических структурах железа — кубическая гранецентрированная (гцк) и кубическая гранецентрированная (оцк).

Железо в природе чаще всего встречается в виде окислов, таких как гематит и магнетит, и реже в виде сульфидов, таких как пирит и пирротин. Получение чистого железа из его руды требует процесса обогащения и плавки.

Железо является главным компонентом крови и необходимо для транспортировки кислорода в организме. Молекула гемоглобина содержит атом железа, который играет ключевую роль в связывании и переносе кислорода. Железо также осуществляет множество других функций в организмах.

Химические свойства железа

Железо обладает различными физическими и химическими свойствами, которые делают его одним из самых полезных и широко используемых элементов в мире.

Кристаллическая структура железа

Железо имеет две основные кристаллические модификации — гамма-железо (γ-Fe) и альфа-железо (α-Fe), которые являются аллотропными формами этого элемента.

Альфа-железо образует плотно упакованную кубическую двойную решетку, называемую гранеоцентрированной кубической решеткой (ГЦК). Оно стабильно при температурах ниже 912 °C. Гамма-железо имеет кубическую пространственную решетку, называемую гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). Она стабильна при температурах выше 912 °C.

Основой для прочности и других адаптивных свойств железа является его кристаллическая структура, которая обеспечивает его устойчивость и позволяет его использовать в различных приложениях.

Химические свойства железа

Железо является достаточно активным химическим элементом и образует различные химические соединения с другими элементами. Оно может образовывать двух- и трехатомные ионы (Fe2+ и Fe3+) в растворах.

Железо также обладает способностью образовывать сплавы с другими металлами, такими как никель, хром и марганец. Это делает его незаменимым компонентом многих промышленных сплавов и материалов.

Кроме того, железо может проявлять кислотные и основные свойства. Например, оно реагирует с кислородом при нагревании и образует оксид железа (Fe3O4) — железный железняк. Он также растворим в кислороде и образует ржавчину (Fe2O3 • nH2O) при контакте с влажным воздухом.

Аллотропные модификации железа

Аллотропия — это явление, при котором металлический элемент может существовать в нескольких структурных формах, или аллотропных модификациях, в зависимости от условий окружающей среды или обработки.

Альфа-железо и гамма-железо являются примерами аллотропных форм железа. В природе часто встречается альфа-железо, которое имеет серый цвет. Гамма-железо известно как «черное железо» из-за его темного цвета.

Аллотропные модификации железа обычно используются в различных отраслях промышленности, таких как строительство, автомобильное производство, электроника и другие.

Физические свойства железа

У железа масса примерно 55,85 г/моль, и его химический символ Fe происходит от латинского названия «ferrum». Железо формирует различные структуры и типы кристаллической решетки — гцк (гранецентрированная кубическая) и оцк (объемноцентрированная кубическая).

Основные физические свойства железа:

Железо имеет ряд аллотропных форм, включая α-железо (стабильная форма при комнатной температуре), γ-железо (неустойчивая форма при комнатной температуре) и другие. У аллотропии железа важная роль в промышленности и научных исследованиях.

Железо находится в природе в виде различных соединений, включая железняки и другие металлические руды. Оно получается из этих руд в результате различных технологических процессов, таких как обогащение руды, плавка и ремонт железа.

Свойства атома железа

Железо в природе обычно встречается в виде руды — железняка. Оно имеет аллотропные модификации в кристаллической решетке, что означает наличие различных типов строения решеток атомов железа. Кристаллические решетки называются гцк (гексагональная щелочно-центрированная) и кубическая гцк. Эти решетки образуют атомные и молекулярные сферы.

Основные характеристики атома железа включают его молекулярную формулу (Fe), наличие изотопов железа, а также его химические свойства в зависимости от модификаций. Ионы железа могут иметь различный валентный состав в химических соединениях.

Железо широко используется в различных областях промышленности, таких как машиностроение, строительство, энергетика и другие. Оно является важным компонентом многих материалов и сплавов. Также железо используется в процессе ремонта и конструкций.

• Химические свойства железа оказывают влияние на его использование в различных промышленных процессах.
• Одним из наиболее известных свойств железа является его магнитность, которая обеспечивается особым строением кристаллической решетки.
• Железо имеет высокую устойчивость к коррозии, особенно когда на поверхности присутствует защитный слой оксида железа.
• Железо также является катализатором во многих химических реакциях и может быть использовано для оптимизации промышленных процессов.

Изучение свойств атома железа имеет большое значение в физических и химических исследованиях. Это помогает расширить наше понимание о природе и структуре вещества, а также применить полученные знания в различных областях науки и техники.

Наши эксперты отвечают на вопросы о магической силе камней

Кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток

Когда металл образует твердую структуру, то все его атомы стремятся занять такие положения в пространстве относительно друг друга, чтобы они соответствовали минимуму потенциальной энергии. Этому минимуму соответствует кристаллическая решетка.

Под кристаллической решеткой понимают такую пространственную атомную структуру, которая может быть получена, если известны координаты ограниченного числа ее атомов и вектора их трансляции в пространстве. Указанное число атомов называется базисом решетки, а их положения образуют так называемую элементарную ячейку.

МЕТАЛЛЫ VIIIБ ГРУППЫ

В группу VIIIБ входят три триады ^/-элементов и еще три радиоактивных элемента с малым периодом полураспада, полученных искусственно. По физическим, химическим и геохимическим признакам выделяют металлы первой триады как семейство железа: Fe, Со, Ni; две триады семейства платиновых элементов: Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt; радиоактивные элементы: Hs, Mt, Ds.

Атом и молекула железа. Формула железа. Строение атома железа:

Железо (лат. Ferrum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Fe и атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.

Электронная конфигурация атома железа 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома железа равен 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ).

Железо – один из самых распространённых в земной коре металлов – занимает четвертое место. Содержание в земной коре железа составляет 6,3 % (по массе). По этому показателю железо уступает только кислороду, кремнию и алюминию.

Железо как химический элемент

В периодической таблице элементов Менделеева железо находится в побочной подгруппе VIII группы, четвертом периоде. На внешнем электронном слое оно имеет два электрона – 4s(2). Поскольку электронами заполняются также d-орбитали предпоследнего электронного слоя, железо относится к d-элементам. Его общая электронная формула – 1s(2)2s(2)2p(6)3s(2)3p(6)3d(6)4s(2).

По физическим свойствам железо – серебристо-серый металл с большой прочностью, пластичностью, ковкостью, ферромагнитен (обладает сильными магнитными свойствами). Его плотность – 7,87 г/см^3, температура плавления – 1539оC.

В природе железо – второй по распространенности металл после алюминия. В свободном виде оно может встречаться лишь в метеоритах. Наиболее важные его природные соединения – красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3∙3H2O, магнитный железняк Fe3O4 (FeO∙Fe2O3), железный колчедан, или пирит, FeS2. Соединения железа можно обнаружить также в составе живых организмов.

Валентные, т.е. реакционноспособные, электроны в атоме железа находятся на последнем (4s(2)) и предпоследнем (3d(6)) электронных слоях. При возбуждении атома электроны на последнем слое распариваются, и один из них переходит на свободную 4p-орбиталь. В химических реакциях железо отдает свои электроны, проявляя степени окисления +2, +3 и +6.

Железо реагирует и со сложными веществами. Так, на воздухе в присутствии влаги оно корродирует: 4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3. Так образуется ржавчина. Как металл средней активности, железо вытесняет водород из разбавленных соляной и серной кислот, при высокой температуре взаимодействует с водой: 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑.

Нахождение в природе и получение металлов семейства железа

Железо, кобальт, никель, имеющие метеоритное происхождение, встречаются в свободном состоянии. Железо относится к наиболее распространенным элементам, его содержание в земной коре составляет 4,65% по массе. Важнейшими минералами железа являются: магнетит — Fe₃0₄; гематит — Fe₂0₃; лимонит — Fe₂0₃H₂0; сидерит — FeC0₃; пирит — FeS₂; фаялит — Fe₂Si0₄.

Содержание кобальта и никеля в земной коре много меньше и составляет соответственно 410 -3 и 8-10 _3 % по массе. Важнейшие минералы этих металлов: каролит — CuCo₂S₄; кобальтпирит — (Fe,Co)S₂; кобальтин — CoAsS; железоникелевый колчедан — (Fe,Ni)₉S₈; миллерит — NiS; никелин — NiAs; никелевый блеск — NiAsS; гарниерит — (Ni,Mg)Si0₃ • яН₂0.

Эти металлы встречаются также в составе полиметаллических руд. В промышленности железо выплавляют из оксидных руд или пирита после обжига путем восстановления коксом в доменных печах. При этом получают чугун, содержащий 93—95% железа, 2—4% углерода и примеси кремния, марганца, серы, фосфора.

Производство стали из чугуна связано с удалением примесей и снижением содержания углерода ниже 2%. Сталь получают мартеновским, конверторным, тигельным, электроплавильным методами.

Чистое железо получают восстановлением оксидов различными восстановителями — каменноугольной пылью, водородом, оксидом углерода (II), конвертированным природным газом; электролизом растворов и расплавов солей; разложением пентакарбонила [Fe(CO)₅],

Никель получают, переведя сульфид никеля обжигом в оксид, а затем восстанавливая углем до металла. Очистку никеля осуществляют электролитическим путем или через получение и разложение тетракарбонила никеля [Ni(CO)₄],

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Железо

Железо — это один из самых распространенных на земле металлов. Это стало одной из основных причин, по которым именно железо легло в основу определения группы черных металлов.

При этом, однако, в чистом виде железо практически не встречается в природе. Кроме того, вследствие его химических и физических свойств использование чистого железа затруднено в промышленных, хозяйственных и иных целях. Поэтому чаще всего железо используется в виде различных сплавов, получаемых при добавлении к чистому веществу специальных добавок.

Аллотропия и аллотропные модификации железа

Железо образует две кристаллические модификации: α-железо и γ-железо. Первая из них имеет кубическую объемноцентрированную решетку, вторая – кубическую гранецентрированную. α-Железо термодинамически устойчиво в двух интервалах температур: ниже 912 o С и от 1394 o С до температуры плавления. Температура плавления железа равна 1539 ± 5 o С. Между 912 o С и от 1394 o С устойчиво γ-железо.

Температурные интервалы устойчивости α- и γ-железа обусловлены характером изменения энергии Гиббса обеих модификаций при изменении температуры. При температурах ниже 912 o С и выше 1394 o С энергия Гиббса α-железа меньше энергии Гиббса γ-железа, а в интервале 912 — 1394 o С – больше.

К какой группе металлов принадлежит железо железо это чистое вещество или